開關(guān)電源EMC總結(jié)

關(guān)于制訂電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的組織和標(biāo)準(zhǔn)的介紹：

IEC(國際電工委員會(huì))：有兩個(gè)平行的組織制訂EMC標(biāo)準(zhǔn)，CISPR和TC77。

CISPR(國際無線電干擾特別委員會(huì))：1934年成立。目前有七個(gè)分會(huì)：A分會(huì)(無線電干擾測量方法與統(tǒng)計(jì)方法)、B分會(huì)(工、科、醫(yī)療射頻設(shè)備的無線電干擾)、C分會(huì)(電力線、高壓設(shè)備和電牽引系統(tǒng)的無線電干擾)、D分會(huì)(機(jī)動(dòng)車和內(nèi)燃機(jī)的無線電干擾)、E分會(huì)(無線接收設(shè)備干擾特性)、F分會(huì)(家電、電動(dòng)工具、照明設(shè)備及類似電器的無線電干擾)、G分會(huì)(信息設(shè)備的無線電干擾)。

TC77(第77技術(shù)委員會(huì))：1981年成立。目前有3個(gè)分會(huì)：SC77A(低頻現(xiàn)象)、 SC77B(高頻現(xiàn)象)、 SC77C(對(duì)高空核電磁脈沖的抗擾性)。

CENELEC(歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì))：由歐共體委員會(huì)授權(quán)制訂歐洲標(biāo)準(zhǔn)。EN標(biāo)準(zhǔn)中引用了很多CISPR和IEC標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

EN55××× = CISPR標(biāo)準(zhǔn)， (例： EN55011 = CISPR Pub.11)

EN6×××× = IEC標(biāo)準(zhǔn)， (例： EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11)

EN50××× = CENELEC自定標(biāo)準(zhǔn)， (例： EN50801 )

FCC(聯(lián)邦通信委員會(huì))全名為Federal Communications Commission：是管理電腦, 周邊及通信產(chǎn)品等銷售美國之審核授權(quán)機(jī)], 主要制訂民用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)主要包括在FCC Part15和FCC Part 18中。

FCC Part 15 subpart B定: 凡利用數(shù)位技g之電子b置或系y, 及使用或產(chǎn)生脈波頻率超過10KHz之器材,皆依規(guī)定進(jìn)行測試認(rèn)證后, 才可以在美國市場銷售。

MIL-STD(美軍標(biāo))：典型的是MIL-STD –461D。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了最大輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射的限制，還規(guī)定了系統(tǒng)對(duì)輻射和傳導(dǎo)干擾的敏感度要求。配套標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-462規(guī)定了必要的測試裝置。商業(yè)公司經(jīng)常將MIL-STD-461中的某些部分作為產(chǎn)品內(nèi)部EMC規(guī)范。

VCCI(干擾自愿控制委員會(huì))：民間機(jī)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)與CISPR和IEC一致。

GB(中國國家標(biāo)準(zhǔn))：基本采用CISPR和IEC標(biāo)準(zhǔn)，目前已發(fā)布57個(gè)。

GJB(中國軍用標(biāo)準(zhǔn))：基本采用美軍標(biāo)，例如GJB151A = MIL-STD –461D。

軍用設(shè)備

為軍用設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)必須滿足MIL-STD-461D的要求， 另一個(gè)關(guān)于EMI的軍用標(biāo)準(zhǔn)是保密的TEMPEST計(jì)劃，這是用來保證保密通信系統(tǒng)安全的。現(xiàn)在可以接收并復(fù)現(xiàn)出大多數(shù)電子設(shè)備政黨工作時(shí)所發(fā)射的功率很低的射頻信號(hào)。象對(duì)電子竊聽很脆弱的CRT終端那樣的軍用產(chǎn)品就屬于TEMPEST的范疇。在實(shí)踐中，TEMPEST控制設(shè)備和系統(tǒng)的發(fā)射，使無法解譯攜帶信息的信號(hào)。

由于關(guān)于EMC的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)十分復(fù)雜，關(guān)于信息技術(shù)設(shè)備的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)在表1.9中。一些標(biāo)準(zhǔn)的頻率范圍在圖1-3中標(biāo)明。

CE標(biāo)示: 源自歐共體各會(huì)員國(European Community)縮寫的總稱, K以此為標(biāo)志。規(guī)范產(chǎn)品是否符合歐體為保障民眾安全健康以及環(huán)境保護(hù)等利益所訂定之基本安全要求。

CE = EMC + LVD EMC : 磁干擾及電磁相容性 LVD : 低電壓指令

測量場地：GB要求在開闊場地中測量，GJB要求在屏蔽半無反射室中測量，由于電磁環(huán)境日趨惡化，開闊場中的背景干擾往往嚴(yán)重影響測量，因此，GB測量也開始在屏蔽半無反射室中做，但要求半無反射室中的電磁場分布與開闊場近似。

天線到EUT(受試設(shè)備)的距離：GB要求為3米、10米或30米，GJB要求為1米;

測量內(nèi)容：GB僅測量電場輻射發(fā)射，GJB對(duì)電場輻射和磁場輻射都要測量;

測量頻率范圍：GB規(guī)定的測量范圍為30MHz ~ 1GHz，隨著時(shí)鐘頻率的升高，有擴(kuò)展到18GHz的趨勢，GJB規(guī)定的測量頻率范圍為10kHz ~ 18GHz。

EUT的布置：GB和GJB都要求EUT按照實(shí)際工作狀態(tài)布置(互聯(lián)電纜和所連接的外部設(shè)備全部按實(shí)際狀態(tài)連接)，GB要求EUT放置在木制測試臺(tái)上，GJB要求EUT放置在金屬板上。距離地面的距離為0.8米;

檢波方式：干擾測量儀的讀數(shù)與檢波方式有關(guān)，因此標(biāo)準(zhǔn)中都明確規(guī)定檢波方式，GB要求準(zhǔn)峰值檢波，GJB要求峰值檢波;

最大輻射點(diǎn)：與處理電磁兼容問題的原則相同，僅關(guān)心最壞情況。因此，以EUT的最大輻射值為測量結(jié)果。最大輻射值的含義有4個(gè)，第一：EUT的工作狀態(tài)處于最大輻射狀態(tài)，第二：EUT最大輻射面對(duì)著天線，第三：天線的極化方向?yàn)榻邮兆畲髨鰪?qiáng)的方向，第四：天線的高度為接收最大場強(qiáng)的位置。GJB中，沒有第四點(diǎn)的要求，即，天線的高度是固定的。

測量設(shè)備：

騷擾測量設(shè)備：用來定量計(jì)量騷擾強(qiáng)度的設(shè)備，可以是EMI測量接收機(jī)，也可以是頻譜分析儀，頻率范圍要覆蓋150KHz~30MHz，具有峰值、準(zhǔn)峰值和平均值檢波功能。

線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)：由于電源端子傳導(dǎo)發(fā)射的強(qiáng)度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān)，因此為了使測量具有唯一性，必須在特定的阻抗條件下測量，LISN就提供了這樣一個(gè)環(huán)境，GB9254標(biāo)準(zhǔn)中使用的LISN為50Ω/50μH。

接地平板：受試設(shè)備要放置在接地金屬板上進(jìn)行試驗(yàn)，該金屬板比被測設(shè)備邊框大0.5米，最小尺寸為2m×2m。

電快速脈沖試驗(yàn)?zāi)M電網(wǎng)中的感性負(fù)載斷開時(shí)產(chǎn)生的干擾。這種干擾不僅會(huì)出現(xiàn)在電源線上，而且會(huì)耦合到信號(hào)線上。因此，這個(gè)試驗(yàn)要對(duì)電源線和信號(hào)線做。設(shè)備能夠通過浪涌試驗(yàn)，并不意味著也能通過電快速脈沖試驗(yàn)。一方面是因?yàn)楹笳叩念l率成份遠(yuǎn)高于前者，具備不同的干擾機(jī)理，令一方面是因?yàn)殡娍焖倜}沖試驗(yàn)中施加的干擾是重復(fù)性，這對(duì)電路具有一種積分效應(yīng)，是電路中的積分型抗干擾電路實(shí)效。

頻譜分析儀能夠快速地在較寬的頻率范圍內(nèi)掃描，因此是診斷電磁干擾發(fā)射的方便工具。使用頻譜分析儀時(shí)需要注意的問題：頻譜分析儀不能觀測瞬間干擾，如靜電放電、雷電等;頻譜分析儀的掃描時(shí)間不能設(shè)置得太短，即不能使掃描速度太快;從頻譜分析儀屏幕上讀取頻率與幅度數(shù)據(jù)時(shí)，其精度與頻譜儀的掃描范圍有關(guān)，范圍越窄，精度越高;當(dāng)輸入信號(hào)過大時(shí)，頻譜分析儀會(huì)發(fā)生過載，使讀取的幅度數(shù)據(jù)比實(shí)際的小，用輸入衰減器可以避免過載;減小頻譜儀的中頻帶寬可以提高儀器的靈敏度(和選擇性)，但掃描時(shí)間會(huì)更長;寬帶信號(hào)的幅度會(huì)隨著中頻分辨帶寬的增加而增加。

電磁干擾(EMI)接收機(jī)是另一種測量電磁干擾的設(shè)備，許多人在選購儀器時(shí)搞不懂接收機(jī)與頻譜儀之間的區(qū)別，下面做一簡單比較：

所有的接收機(jī)都標(biāo)準(zhǔn)配置預(yù)選器(頻譜儀需要選配)，能夠有效地抑制帶外噪聲;所有的接收機(jī)用基頻混頻方式(頻譜儀使用基頻和諧頻混頻)，具有較高的靈敏度;接收機(jī)的中頻濾波器為矩形(頻譜儀的中頻濾波器為高斯形)，具有更好的選擇性;接收機(jī)適合于正式測量，不適合于診斷。

EMC試驗(yàn)室有華測(CTI)、SGS、信測、信華、華通威、冠準(zhǔn)、莫特、廣州ETL、廣州五所、東莞經(jīng)續(xù)、東莞沃特、厚街北南、長安世鴻、長安碩信(ATT)、大朗信寶、塘夏歐標(biāo)、摩爾實(shí)驗(yàn)室、經(jīng)續(xù)檢驗(yàn)技術(shù)有限公司等。像美國的FCC只測EMI中的輻射和傳導(dǎo)，不測EMS。有些國家EMI和EMS是分開測的，有些國家是一起像CCC認(rèn)證CE認(rèn)證。現(xiàn)在很多電器類產(chǎn)品做CE還要加測電磁波騷擾EMF，標(biāo)準(zhǔn)是EN-50336。電源EMI技術(shù)就算能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，有的產(chǎn)品要求要達(dá)一定的濕度測試。在深圳濕試控制都比較難做。深圳幾家大實(shí)驗(yàn)室，都比較難，空間問題。EMI不只包括傳導(dǎo)，輻射，電流諧波與電壓閃爍也是EMI的部分。諧波和閃爍是設(shè)備對(duì)外的，而不是外界對(duì)設(shè)備的，所以是EMI，不是EMS。

開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理及其傳播途徑

功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動(dòng)作是導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的EMI問題。開關(guān)電源工作時(shí)，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時(shí)間內(nèi)上升和下降的，因此，開關(guān)電源本身是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。現(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：

1、二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾

交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓，經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。

高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí)，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里，電流會(huì)反向流動(dòng)，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。

2、開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾

功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí),這種諧 波干擾將會(huì)很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生 尖峰干擾。

3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時(shí)，都會(huì)在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

4、其他原因

元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計(jì)的難度。